Царство «Бактерії» складається з бактерій та синьо-зелених водоростей, загальна характеристика яких полягає у малій величині та відсутності розділеного мембраною від цитоплазми ядра.
Хто такі бактерії
У перекладі з грецької «bakterion» – паличка. Здебільшого, мікроби – це невидимі неозброєним оком одноклітинні організми, що розмножуються поділом.
Хто їх відкрив
Вперше побачити найдрібніших одноклітинних у саморобний мікроскоп зміг дослідник із Голландії, який жив у 17 столітті, Антоні Ван Левенгук. Вивчати навколишній світ через збільшувальне скло лупи він почав під час роботи в галантерейному магазині.
Антоні Ван Левенгук (1632 - 1723)
Надалі Левенгук зосередився виготовлення лінз, здатних до збільшення до 300 раз. Вони він розглядав дрібні мікроорганізми, описуючи отриману інформацію і переносячи побачене на папір.
В 1676 Левенгук виявив і виклав відомості про мікроскопічні істоти, яким дав назву «анімалькулі».
Чим харчуються
Найдрібніші мікроорганізми існували Землі набагато раніше появи людини. Вони мають повсюдне поширення, харчуючись органічною їжею та неорганічними речовинами.
За способами засвоєння поживних речовин бактерії прийнято поділяти на автотрофні та гетеротрофні.Для існування та розвитку гетеротрофи використовують відходи життєдіяльності, органічного розкладання живих організмів.
Представники бактерій
Біологами виділено близько 2500 груп різних бактерій.
За формою їх поділяють на:
- коки, що мають кулясті обриси;
- бацили – у формі палички;
- вібріони, що мають вигини;
- спірили – спіральної форми;
- стрептококи, що складаються з ланцюжків;
- стафілококи, що утворюють грона, що нагадують виноградні.
За ступенем впливу на організм людини прокаріотів можна поділити на:
- корисні;
- шкідливі.
До небезпечних для людини мікробів належать стафілококи та стрептококи, що викликають гнійні захворювання.
Корисними вважаються бактерії біфідо, ацидофілус, які стимулюють імунітет і захищають шлунково-кишковий тракт.
Як розмножуються справжні бактерії
Розмноження всіх видів прокаріотів відбувається переважно розподілом, з наступним зростанням до вихідної величини. Досягаючи певного розміру, дорослий мікроорганізм розпадається на частини.
Рідше відтворення собі подібних одноклітинних виконується брунькуванням та кон'югацією. При брунькаванні на материнському мікроорганізмі виростає до чотирьох нових клітин, з наступним відмиранням дорослої частини.
Кон'югація вважається найпростішим статевим процесом у одноклітинних. Найчастіше в такий спосіб розмножуються бактерії, що у тварин організмах.
Бактерії симбіонти
Мікроорганізми, що беруть участь у травленні у кишечнику людини, це яскравий приклад бактерій симбіонтів. Вперше симбіоз було відкрито голландським мікробіологом Мартіном Віллемом Бейєрінком. У 1888 році він довів взаємовигідне тісне співжиття одноклітинних і бобових рослин.
Живучи в кореневій системі, симбіонти, харчуючись вуглеводами, постачають рослину атмосферним азотом. Таким чином, бобові підвищують родючість, не збіднюючи ґрунт.
Відомо безліч успішних симбіотичних прикладів за участю бактерій та:
- людину;
- водоростей;
- членистоногих;
- морських тварин.
Мікроскопічні одноклітинні надають допомогу системам людського організму, сприяють очищенню стічних вод, беруть участь у кругообігу елементів та працюють на досягнення спільних цілей.
Чому бактерії виділяють у особливе царство
Для цих організмів характерні дрібні розміри, відсутність оформленого ядра та виняткова будова. Тому, незважаючи на зовнішню подібність, їх не можна віднести до еукаріотів, що мають оформлене клітинне ядро, обмежене від цитоплазми оболонкою.
Завдяки всім особливостям у XX столітті вчені виділили їх у окреме царство.
Найдавніші бактерії
Найдрібніші одноклітинні вважаються першим життям, що зародилося на Землі. Дослідники в 2016 році виявили в Гренландії ціанобактерії віком близько 3,7 мільярда років, що збереглися в похованому стані.
У Канаді знайдено сліди мікроорганізмів, що жили приблизно 4 мільярди років тому в океані.
Функції бактерій
У біології між живими організмами та середовищем проживання бактерії виконують такі функції:
- переробка органічних речовин у мінеральні;
- фіксація азоту.
У житті одноклітинні мікроорганізми відіграють важливу роль з перших хвилин народження.Вони забезпечують збалансовану мікрофлору кишечника, впливають на імунітет, займаються підтримкою водно-сольового балансу.
Запасна речовина бактерій
Запасні поживні речовини у прокаріотів накопичуються в цитоплазмі. Їхнє накопичення відбувається у сприятливих умовах, а споживається в період голодування.
До запасних речовин бактерій відносяться:
- полісахариди;
- ліпіди;
- поліпептиди;
- поліфосфати;
- відкладення сірки.
Головна ознака бактерій
Функцію ядра у прокаріоту виконує нуклеоїд.
Тому основною ознакою бактерій є зосередження спадкового матеріалу в одній хромосомі.
Чому представників царства бактерії відносять до прокаріотів
Відсутність оформленого ядра спричинила віднесення бактерій до прокаріотних організмів.
Як бактерії переносять несприятливі умови
Мікроскопічні прокаріоти здатні тривалий час переносити несприятливі умови, перетворюючись на суперечки. Відбувається втрата води клітиною, значне зменшення об'єму та зміна форми.
Спори стають нечутливими до механічних, температурних та хімічних впливів.Таким чином зберігається властивість життєздатності та здійснюється ефективне розселення.
Висновок
Бактерії – найдавніша форма життя Землі, відома задовго до появи людини. Вони присутні повсюдно: у навколишньому повітрі, воді, поверхневому шарі земної кори. Місцем проживання є рослини, тварини, людина.
Активне вивчення одноклітинних почалося в XIX столітті і продовжується до цього дня. Дані організми є основною частиною повсякденного життя людей і безпосередньо впливають на існування людини.
Всім бактеріям притаманні певні морфологічні властивості (форма, розмір, характер їх розташування в мазку) та тинкторіальні властивості (здатність фарбуватись).
Розрізняють 4 основні форми бактерій (рис. 1): кулясті (сферичні) або кокоподібні (від грец. kokkos – зерно); паличкоподібні (циліндричні); звивисті (спіралеподібні); ниткоподібні. Крім того, існують бактерії, що мають трикутну, зіркоподібну, тарілкоподібну форму. Виявлено так звані квадратні бактерії, які утворюють скупчення з 8 або 16 клітин у вигляді пласта.
Мал. 1. Форми одноклітинних бактерій: 1- мікрококи; 2 – диплококи; 3 – стрептококи; 4 – стафілококи; 5 – сарцини; 6 – паличкоподібні бактерії; 7 – спірили; 8 - вібріони (Шлегель Г., 1987).
Коккоподібні бактеріїзазвичай мають форму правильної кулі, діаметром 1,0 – 1,5 мкм; деякі бобоподібну, ланцетоподібну, еліпсоподібну форму. За характером взаєморозташування клітин коки, що утворюються після поділу, поділяють на наступні групи:
Мікрококи (від лат. Міcros - малий). Клітини діляться в одній площині і найчастіше відразу ж відокремлюються від материнської. Розташовуються поодинці, безладно. Сапрофіти, патогенні для людини немає (рис. 1.1).
Диплококи (від латів. diplos - подвійний). Поділ відбувається в одній площині з утворенням пар клітин, що мають або бобоподібну або ланцетовидну форму. Наприклад, збудник гонореї Neisseria gonorrhoeae, збудник пневмонії Streptococcus pneumoniae (рис. 1.2).
Стрептококи (від латів. streptos - ланцюжок). Поділ клітин відбувається в одній площині, але клітини, що розмножуються, зберігають між собою зв'язок і утворюють різної довжини ланцюжка, що нагадують нитки бус. Багато стрептококів є патогенними для людини і викликають різні захворювання: скарлатину, ангіну, гнійні запалення та інші. Наприклад, Streptococcus pyogenes (рис. 1.3).
Стафілококи (від латів. staphyle - гроно винограду). Клітини діляться в декількох площинах, а клітини, що утворюються, розташовуються скупченнями, що нагадують грона винограду. Стафілококи викликають понад 100 різних захворювань людини. Вони – найчастіші збудники гнійних запалень. Наприклад, Staphylococcus aureus (рис. 1.4).
Тетракоки (від латів. tetra - чотири). Поділ відбувається у двох взаємно перпендикулярних площинах з утворенням зошит. Патогенні для людини види трапляються дуже рідко.
Сарцини (від лат. Sarcina - зв'язка, тюк). Поділ відбувається у трьох взаємно перпендикулярних площинах з утворенням пакетів (тюків) з 8, 16, 32 та більшої кількості особин. Особливо часто зустрічаються у повітрі. Є умовно-патогенні представники (рис. 1.5).
Паличкоподібні (циліндричні форми) (рис. 1.6).
За розташуванням палички поділяють на:
Поодинокі чи безладно розташовані – монобактерії. Наприклад, Escherihia coli.
Попарно (по одній лінії) – диплобацили, диплобактерії. Наприклад, Pseudomonas.
Розташовуються ланцюжком - стрептобацили, стрептобактерії. Наприклад, Bacillus anthracis – збудник сибірки.
По довжині:
Дуже короткі, менше ніж 1,0 мкм – коккобактерії. Наприклад, Francisella tularensis – збудник туляремії.
Короткі 1,5-3,0 мкм. До них відносяться більшість збудників кишкових інфекцій.
Довгі, понад 3,0 мкм. Наприклад, збудник газової гангрени – Clostridium novyi.
Кінці паличок можуть бути:
Заокругленими. Наприклад, Escherihia coli та ін.
Загостреними. Наприклад, Fusobacterium.
Потовщені. Наприклад, у збудника дифтерії за рахунок зерен волютину (запасних поживних речовин).
Обрізаними. Наприклад, Bacillus anthracis – збудник сибірки.
За діаметром палички ділять на:
Тонкі (збудник туберкульозу – Mycobacterium tuberculosis).
Товсті (збудник газової гангрени – Clostridium perfringens).
Палички, що утворюють суперечку, поділяють на:
Бацили – аеробні спороутворюючі бактерії. Спору в таких паличок розташовується, як правило, центрально та її діаметр не перевищує ширини бактерії (рис. 10).
Клостридії – анаеробні спороутворюючі бактерії. Спору вони розташовується термінально чи субтермінально. Вона велика, що розтягує оболонку бактерій, і вони зовні нагадують веретено чи тенісну ракетку (рис. 10).
Звивисті (спіралеподібні) форми.
За кількістю та характером завитків, а також за діаметром клітин вони поділяються на три групи:
Трепонеми - бактерія, що має 8-14 завитків однакової амплітуди. Treponema pallidum – збудник сифілісу.
Боррелії – неправильно вигнуті спірохети, з 2 – 3 і більше завитками нерівномірної висоти. Borrelia recurretis – збудник зворотного тифу
Лептоспіри мають сигмоподібну або С-подібну форму, близько двох десятків дрібних завитків, з гачками на кінцях. Leptospira interrogans – збудник лептоспірозу.
Вібріони (від грец. vibrio – звиваюсь, згинаюсь) мають один вигин, що не перевищує чверті обороту спіралі. Наприклад, Vibrio cholerae – збудник холери (рис. 1.8).
Спірили (від грец. speira - завиток) - клітини, що мають великий діаметр і мале (2 - 3) кількість завитків. Приклад Spirillium minor (рис. 1.7).
Спірохети (від грец. speira - завиток, chaita - волосся) - спіралеподібної форми рухливі бактерії. Серед патогенних для людини виділяють:
Ниткоподібні форми.
Розрізняють два типи ниткоподібних бактерій: утворюють тимчасові нитки та постійні.
Тимчасові нитки, іноді з розгалуженнями, утворюють паличкоподібні бактерії при порушенні умов їх зростання або регуляції клітинного поділу (мікобактерії, коринебактерії, а також рикетсії, мікоплазми, багато грамнегативних та грампозитивних бактерій). При відновленні механізму регуляції поділу та нормальних умов зростання ці бактерії відновлюють звичайні для них розміри.
Постійні ниткоподібні формиутворюються з паличкоподібних клітин, що з'єднуються у довгі ланцюжки або за допомогою слизу, або чохлами, або містками (сіркобактерії, залізобактерії).
Для вивчення тинкторіальних властивостей мікроорганізмів та їхньої морфології використовують анілінові барвники (основні, кислі та нейтральні).
Найбільше застосування мають основні фарби: метиленовий синій, основний фуксин, генціанвіолет, везувін, хризоїдин та ін. Рідше застосовуються нейтральні (нейтральний червоний) та кислі (еозин) фарби. З названих фарб готують спиртові, вступно-спиртові та водні розчини. У деяких випадках для підвищення фарбуючої сили розчину до нього додають протрави, наприклад, карболову кислоту, луг та ін.
Для визначення форми бактерій та їх взаємного розташування у мазку використовують прості методи фарбування, тобто. фарбування здійснюється одним барвником і мазок виходить забарвленим одним кольором. Наприклад, для виявлення в мазку гонококів використовують метиленовий синій. Це фарбування дозволяє краще виявити бобоподібну форму і парне розташування коків.
Для вивчення структури бактеріальної клітини та виявлення особливостей її будови застосовують складні методи фарбування, які включають цілу низку барвників, протрави і диференціюючі речовини. До складних методів забарвлення належать: методи Грама, Нейссера, Ожешко та ін.
Бактерії – це мікроорганізми, що складаються лише з однієї клітини. Характерна риса бактерій – відсутність чітко вираженого ядра. Саме тому їх називають «прокаріоти», що означає без'ядерні.
Зараз науці відомо приблизно десять тисяч видів бактерій, але є припущення, що на землі існує понад мільйон видів бактерій. Вважається, що бактерії – найдавніші організми Землі. Вони живуть практично скрізь – у воді, ґрунті, атмосфері та всередині інших організмів.
Зовнішній вигляд
Бактерії мають дуже малі розміри, і побачити їх можна тільки в мікроскоп. Форма бактерій досить різноманітна. Найбільш поширені форми – у вигляді паличок, кульок та спіралек.
Паличкоподібні бактерії називають «бацилами».
Бактерії у вигляді кульок – це коки.
Бактерії як спіралек – це спірили.
Від форми бактерії залежить її рухливість та здатність прикріплюватися до тієї чи іншої поверхні.
Будова бактерій
Бактерії мають досить просту будову. У цих організмів виділяють кілька основних структур – нуклеоїд, цитоплазму, мембрану та клітинну стінку, крім цього, у багатьох бактерій на поверхні є джгутики.
Нуклеоїд– це подібність ядра, у ньому міститься генетичний матеріал бактерії. Він складається всього з однієї хромосоми, що має вигляд кільця.
Цитоплазмаоточує нуклеоїд. У цитоплазмі розташовані важливі структури – рибосоми, необхідні бактерії синтезу білка.
Мембрана,що покриває цитоплазму зовні, відіграє важливу роль у життєдіяльності бактерії. Вона відмежовує внутрішній вміст бактерії від зовнішнього середовища та забезпечує процеси обміну клітини з навколишнім середовищем.
Зовні мембрана оточена клітинною стінкою.
Кількість джгутиків може бути різною. Залежно від виду на одній бактерії буває від одного до тисячі джгутиків, але трапляються бактерії і без них. Джгутики потрібні бактеріям для пересування у просторі.
Харчування бактерій
Для бактерій характерні два види харчування. Одна частина бактерій – це автотроф, а інша – гетеротроф.
Автотрофи самі утворюють поживні речовини шляхом хімічних реакцій, а гетеротрофи харчуються органічними речовинами, які створили інші організми.
Розмноження бактерій
Розмножуються бактерії поділом. Перед процесом розподілу хромосома, розташована всередині бактерії, подвоюється. Потім клітка ділиться надвоє. В результаті виходить дві однакові дочірні клітини, кожна з яких отримує копію материнської хромосоми.
Значення бактерій
Бактерії грають найважливішу роль кругообігу речовин у природі – вони перетворюють органічні залишки на неорганічні речовини. Якби не було бактерій, то вся земля вкрилася б поваленими деревами, опалим листям і загиблими тваринами.
У житті бактерії грають двояку роль. Одні бактерії приносять велику користь, а інші завдають істотної шкоди.
Багато бактерій є хвороботворними та викликають різні захворювання, наприклад такі, як дифтерія, тиф, чума, туберкульоз, холера та інші.
Однак є бактерії, які приносять користь людям. Так у травній системі людини живуть бактерії, які сприяють нормальному травленню. А молочнокислі бактерії здавна використовуються людьми для молочнокислих продуктів – сирів, йогурту, кефіру тощо. При квашенні овочів та виробництві оцту бактерії також відіграють важливу роль.
Бактерії коротка інформація.
Бактерії живуть практично скрізь – у повітрі, у воді, у ґрунті, у живих та мертвих тканинах рослин та тварин. Одні з них приносять користь людині, інші – ні. Шкідливі бактерії чи, по крайнього заходу, частина їх знає більшість. Ось деякі назви, що обґрунтовано викликають у нас негативні почуття: сальмонела, стафілокок, стрептокок, холерний вібріон, чумна паличка. А ось корисні бактерії для людини або назви деяких з них мало хто знає. Перелік того, які мікроорганізми корисні, а які бактерії шкідливі, займе не одну сторінку. Тому розглянемо лише деякі з назв корисних бактерій. .png" alt="Бактерії мод мікроскопом." width="400" height="351" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/04/bakterii-pod-mikroskopom-300x263..png 700w" sizes="(max-width: 400px) 100vw, 400px">!}
Мікроорганізми діаметром 1-2 мкм (0,001-0,002 мм) зазвичай мають овальну форму, що видно на фото, яка може змінюватися від сферичної до паличкоподібної. Представники роду азотобактер живуть у слаболужних та нейтральних ґрунтах по всій планеті аж до обох полярних регіонів. Також вони зустрічаються в прісних водоймищах і в солонуватих болотах. Чи здатні перечікувати несприятливі умови. Наприклад, у сухому ґрунті ці бактерії можуть зберігатися до 24 років, не втрачаючи життєздатності. Азот є одним із необхідних елементів для фотосинтезу рослин. Самостійно виділяти його з повітря вони не вміють. Бактерії роду Azotobacter корисні тим, що акумулюють азот з повітря, перетворюючи його на іони амонію, які виводяться в ґрунт і легко засвоюються рослинами. Крім того, ці мікроорганізми збагачують ґрунт біологічно активними речовинами, що стимулюють зростання рослин, сприяють очищенню ґрунту від важких металів, зокрема, від свинцю та ртуті. data-lazy-type="image" data-src="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/04/bakterii-azotobacter-289x300.png" alt="Azotobacter під мікроскопом" width="385" height="400" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/04/bakterii-azotobacter-289x300..png 700w" sizes="(max-width: 385px) 100vw, 385px"> Эти бактерии полезны человеку в таких областях, как:!}
- Сільське господарство. Крім того, що вони самі собою підвищують родючість грунту, їх використовують для отримання біологічних азотних добрив.
- Медицина. Здатність представників роду виділяти альгінову кислоту використовується для отримання ліків від шлунково-кишкових захворювань, що залежать від кислотності.
- Харчова промисловість. Вже згадана кислота, що має назву альгінової, використовується в харчових добавках до кремів, пудингів, морозива тощо.
Біфідобактерії
Ці мікроорганізми довжиною від 2 до 5 мкм мають паличкоподібну форму, трохи вигнуту, як видно на фото. Основне місце їх проживання – кишечник. За несприятливих умов бактерії з такою назвою швидко гинуть. Вони надзвичайно корисні для людини завдяки таким властивостям:
- забезпечують організм вітаміном K, тіаміном (B1), рибофлавіном (B2), нікотиновою кислотою (B3), піридоксином (B6), фолієвою кислотою (B9), амінокислотами та білками;
- перешкоджають розвитку хвороботворних бактерій;
- захищають організм від попадання токсинів із кишечника;
- прискорюють перетравлення вуглеводів;
- активують пристінне травлення;
- допомагають всмоктування через стінки кишківника іонів кальцію, заліза, вітаміну D.
Якщо молочна продукція має приставку до назви «біо» (наприклад, біокефір), це означає, що вона містить живі біфідобактерії. Ці продукти дуже корисні, але недовговічні.
Останнім часом почали з'являтися лікарські препарати із вмістом біфідобактерій. Будьте обережними при їх прийомі, оскільки, незважаючи на безперечну користь цих мікроорганізмів, корисність самих препаратів не доведена. Результати досліджень досить суперечливі.
Молочнокислі бактерії
До групи з такою назвою відносять понад 25 видів бактерій. Вони мають переважно паличкоподібну, рідше – кулясту форму, як показано на фото. Їх розмір сильно варіюється (від 0,7 до 8,0 мкм) в залежності від довкілля. Живуть вони на листі та плодах рослин, у молочних продуктах. У людському організмі вони представлені у всьому шлунково-кишковому тракті – від рота до прямої кишки. У переважній більшості вони зовсім не шкідливі для людини. Ці мікроорганізми захищають наш кишечник від гнильних та патогенних мікробів. .png" alt="Молочнокислі бактерії під мікроскопом." width="400" height="250" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/04/molochnokislye-bakterii-300x188..png 700w" sizes="(max-width: 400px) 100vw, 400px"> Свою энергию они получают от процесса молочнокислого брожения. Полезные свойства этих бактерий известны человеку давно. Вот лишь некоторые области их применения:!}
- Харчова промисловість - виробництво кефіру, сметани, ряжанки, сиру; квашення овочів та фруктів; приготування квасу, тіста тощо.
- Сільське господарство – бродіння силосу (силосування) уповільнює розвиток цвілі та сприяє кращій безпеці корму для тварин.
- Народна медицина – лікування ран та опіків. Ось чому сонячні опіки рекомендується змащувати сметаною.
- Медицина – виробництво препаратів відновлення мікрофлори кишечника, жіночої репродуктивної системи після інфекції; отримання антибіотиків та часткового замінника крові під назвою декстран; виготовлення препаратів на лікування авітамінозів, шлунково-кишкових захворювань, поліпшення обмінних процесів.
Стрептоміцети
Цей рід бактерій складається з майже 550 видів. У сприятливих умовах вони утворюють нитки діаметром 0,4-1,5 мкм, що нагадують грибний міцелій, як видно з фото. Живуть переважно у ґрунті. Якщо вам доводилося коли-небудь приймати такі лікарські засоби, як еритроміцин, тетрациклін, стрептоміцин або левоміцетин, ви вже знаєте, чим корисні ці бактерії. Вони є виробниками (продуцентами) найрізноманітніших препаратів, серед яких:
- протигрибкові;
- антибактеріальні;
- протипухлинні.
Lazy lazy-hidden" data-lazy-type="iframe" data-src="https://www.youtube.com/embed/WSRhDRUOR9I" width="640" height="480" frameborder="0" allowfullscreen= "allowfullscreen">
У цей момент, людина, коли ти читаєш ці рядки, ти отримуєш користь від роботи бактерій. Від кисню, який ми вдихаємо, до поживних речовин, які витягує шлунок з їжі, нам потрібно дякувати бактеріям за процвітання на цій планеті. У нашому організмі мікроорганізмів, включаючи бактерій, більше, ніж наших власних клітин приблизно вдесятеро. По суті ми більше мікроби, ніж люди.
Тільки недавно ми почали потроху розуміти мікроскопічні організми та їх вплив на нашу планету та здоров'я, але історія показує, що багато століть тому наші предки вже використовували міць бактерій, ферментуючи продукти харчування та напої (хтось чув про хліб та пиво?).
У 17 столітті ми почали вивчати бактерії вже безпосередньо в наших тілах у тісному зв'язку з нами – у роті. Цікавість Антоні ван Левенгука дозволила виявити бактерії, коли він вивчав бляшку між його власними зубами. Ван Левенгук поетично описав бактерій, позначивши бактеріальну колонію на своїх зубах як «трохи білої речовини, схожої на застигле тісто». Розмістивши зразок під мікроскопом, ван Левенгук побачив, що мікроорганізми рухаються. То вони живі!
Ви повинні знати, що бактерії відіграли найважливішу роль для Землі, ставши ключовим моментом у створенні придатного для дихання повітря та біологічного багатства планети, яку ми називаємо будинком.
У цій статті ми надамо вам загальну картину про ці крихітні, але дуже впливові мікроорганізми. Ми розглянемо хороші, погані та химерні способи, якими бактерії формують історію людини та навколишнього середовища. Спочатку розглянемо, чим бактерії відрізняються від інших видів життя.
Основи бактерій
Що ж, якщо бактерії непомітні неозброєному оку, звідки ми можемо знати багато про них?
Вчені розробили потужні мікроскопи, щоб поглянути на бактерій - їх розміри варіюються від одного до декількох мікронів (мільйонної частини метра) - і з'ясувати, як вони співвідносяться з іншими формами життя, рослинами, тваринами, вірусами та грибками.
Як ви, можливо, знаєте, клітини - це будівельна цегла життя, з них складаються і тканини нашого тіла, і дерево, що росте за вікном. Люди, тварини та рослини мають клітини з генетичною інформацією, укладеною в мембрані під назвою ядро. Ці типи клітин, які називаються еукаріотичними, мають спеціальні органели, кожна з яких виконує унікальну роботу, допомагаючи клітині працювати.
Бактерії, однак, не мають ядер, і їхній генетичний матеріал (ДНК) вільно плаває всередині клітини. У цих мікроскопічних клітин немає органел і вони мають інші методи відтворення та передачі генетичного матеріалу. Бактерії вважаються прокаріотичними клітинами.
Чи виживають бактерії серед з киснем чи без
Їх форма: палички (bacillus), кола (cocci) чи спіралі (spirillum)
Чи є бактерії грамнегативними або грампозитивними, тобто мають зовнішню захисну мембрану, що перешкоджає фарбуванню нутрощів клітини
Як бактерії переміщуються та вивчають довкілля (у багатьох бактерій є джгутики, крихітні плетеподібні структури, які дозволяють їм пересуватися у середовищі)
Мікробіологія – наука про всі типи мікробів, включаючи бактерії, археї, гриби, віруси та найпростіші – дозволяє відрізняти бактерії від їх мікробних братів.
Подібні до бактерій прокаріоти, що нині класифікуються як археї, колись були разом із бактеріями, але коли вчені дізналися про них більше, вони надали бактеріям та археям власні категорії.
Мікробне харчування (і міазму)
Як і людям, тваринам та рослинам, бактеріям потрібна їжа для виживання.
Деякі бактерії – автотрофи – використовують основні ресурси на кшталт сонячного світла, води та хімічних речовин з навколишнього середовища для створення їжі (подумайте про ціанобактерії, які перетворювали сонячне світло на кисень протягом 2,5 мільйонів років). Інші бактерії вчені називають гетеротрофами, тому що вони черпають енергію з існуючих органічних речовин як їжу (наприклад, мертве листя на лісовому грунті).
Щоправда, те, що може бути смачним для бактерій, буде нам гидко. Вони розвивалися, щоб поглинати всі типи продуктів, від розливів нафти та побічних продуктів ядерного розпаду до людських відходів та продуктів розкладання.
Але схильність бактерій до конкретного джерела живлення може принести користь суспільству. Наприклад, фахівці з мистецтв з Італії звернулися до бактерій, які можуть поїдати надлишкові шари солі та клею, що знижують довговічність безцінних художніх творів. Уміння бактерій переробляти органічні речовини також дуже корисне для Землі, як у ґрунті, так і у воді.
Виходячи з щоденного досвіду, ви добре знайомі із запахом, який викликають бактерії, що поглинають вміст вашого кошика для сміття, переробляючи залишки їжі і випускаючи власні газоподібні побічні продукти. Однак цим усе не обмежується. Ви також можете звинуватити бактерії в тому, що вони викликають ці незграбні моменти, коли ви самі випускаєте гази.
Одна велика родина
Бактерії зростають і утворюють колонії, коли випадає шанс. Якщо їжа та екологічні умови є сприятливими, вони розмножуються та утворюють липкі скупчення, так звані біоплівки, щоб вижити на різних поверхнях – від гірських порід до зубів вашого рота.
У біоплівок є свої плюси та мінуси. З одного боку, вони взаємовигідні природним об'єктам (мутуалізм). З іншого ж – вони можуть бути серйозною загрозою. Наприклад, лікарі, які лікують пацієнтів з медичними імплантатами та пристроями, серйозно стурбовані біоплівками, оскільки вони є такою собі нерухомістю для бактерій. Після колонізації біоплівки можуть виробляти побічні продукти, які токсичні – а іноді й смертельні – для людини.
Як і люди в містах, клітини в біоплівці повідомляються одна з одною, обмінюються інформацією про продукти харчування та потенційну небезпеку. Але замість того, щоб телефонувати сусідам по телефону, бактерії надсилають записки за допомогою хімічних речовин.
Також бактерії не бояться жити самостійно. Деякі види розробили цікаві способи виживати в суворих умовах. Коли їжі більше немає, а умови стають нестерпними, бактерії консервують себе, створюючи жорстку оболонку – ендоспору, яка поміщає клітину у стан спокою та зберігає генетичний матеріал бактерії.
Вчені знаходять бактерії у таких тимчасових капсулах, які зберігалися і 100, і навіть 250 мільйонів років. Це свідчить, що бактерії можуть самостійно зберігатися протягом багато часу.
Тепер, коли ми знаємо, які можливості надають колонії бактеріям, давайте розберемося, як вони потрапляють туди – шляхом розподілу та розмноження.
Розмноження бактерій
Як бактерії виробляють колонії? Як і іншим формам життя Землі, бактеріям потрібно самокопіюватися, щоб виживати. Інші організми роблять це шляхом статевого розмноження, але з бактерії. Але спочатку давайте обговоримо, чому різноманітність – це добре.
Життя проходить природний відбір, або селективні сили певного середовища дозволяють одному типу процвітати і розмножуватися більше, ніж іншому. Можливо, ви пам'ятаєте, що гени - це механізм, який інструктує клітину, що їй робити, і визначає, якого кольору буде ваше волосся та очі. Ви отримуєте гени від батьків. Статеве розмноження призводить до мутацій, або випадкових змін у ДНК, що створює різноманітність. Чим більше генетичної різноманітності, тим більше шансів, що організм зможе пристосуватися до обмежень навколишнього середовища.
Для бактерій відтворення залежить від зустрічі з правильним мікробом; вони просто копіюють власну ДНК і поділяються на дві ідентичні клітини. Цей процес, званий двійковим розподілом, відбувається, коли одна бактерія ділиться на дві, копіюючи ДНК і передаючи її обом частинам розділеної клітини.
Оскільки зрештою народжена клітина буде ідентична тій, з якої була народжена, такий метод розмноження не найкращий для створення різноманітного генофонду. Як же бактерії набувають нових генів?
Виявляється, бактерії використовують хитрий трюк: горизонтальне перенесення генів, або обмін генетичним матеріалом без відтворення. Є кілька способів, які використовують бактерії для цього. Один спосіб включає збирання генетичного матеріалу з навколишнього середовища поза клітиною - з інших мікробів і бактерій (через молекули під назвою плазміди). Інший спосіб - віруси, які використовують бактерії як будинок. Заражаючи нову бактерію, віруси залишають генетичний матеріал попередньої бактерії у новій.
Обмін генетичним матеріалом дає бактеріям гнучкість адаптації, і вони адаптуються, якщо відчувають стресові зміни у навколишньому середовищі, такі як брак продовольства чи хімічні зміни.
Розуміння того, як адаптуються бактерії, надзвичайно важливе для боротьби з ними та створення антибіотиків у медицині. Бактерії можуть обмінюватися генетичним матеріалом так часто, що іноді лікування, яке працювало раніше, не працює.
Ні високих гір, ні великої глибини
Якщо поставити запитання «де бактерії?», простіше запитати «де бактерій немає?».
Бактерії виявляються майже скрізь Землі. Неможливо уявити кількість бактерій на планеті одночасно, але за деякими оцінками їх кількість становить (бактерій та архей разом) 5 октильйонів – це число з 27 нулями.
Класифікація видів бактерій надзвичайно складна зі зрозумілих причин. Наразі є приблизно 30 000 офіційно ідентифікованих видів, але база знань постійно зростає, і є думки, що перед нами лише верхівка айсбергу від усіх видів бактерій.
Правда в тому, що бактерії були навколо протягом дуже довгого часу. Вони породили одні з найдавніших скам'янілостей, яким 3,5 мільярда років. Результати наукових досліджень дозволяють припустити, що ціанобактерії почали створювати кисень приблизно 2,3-2,5 мільярда років тому у світовому океані, наситивши атмосферу Землі киснем, яким ми дихаємо до цього дня.
Бактерії можуть виживати у повітрі, воді, ґрунті, льоді, на спеці, на рослинах, у кишечнику, на шкірі – скрізь.
Деякі бактерії є екстремофілами, тобто можуть протистояти екстремальним умовам, коли або дуже спекотно чи холодно, або відсутні поживні речовини та хімікати, які ми зазвичай асоціюємо із життям. Дослідники виявили такі бактерії в Маріанській западині, найглибшій точці на Землі на дні Тихого океану, біля гідротермальних джерел у воді та льоду. Зустрічаються також бактерії, які люблять високу температуру - такі, наприклад, забарвлюють басейн, що опалесує, в Єллоустонському національному парку.
Погані (для нас)
Хоча бактерії роблять важливий внесок у здоров'я людини та планети, у них є й темна сторона. Деякі бактерії можуть бути патогенними, тобто викликати захворювання та хвороби.
Протягом історії людства деякі бактерії (зрозуміло чому) здобули погану репутацію, викликавши паніку та істерію. Взяти, наприклад, чуму. Бактерія, що викликає чуму - чумна паличка Yersinia pestis - не лише вбила понад 100 мільйонів людей, а й, можливо, зробила свій внесок у розпад Римської імперії. До появи антибіотиків, ліків, які сприяють боротьбі з бактеріальними інфекціями, їх дуже важко зупинити.
Навіть сьогодні ці патогенні бактерії серйозно нас лякають. Завдяки виробленню стійкості до антибіотиків, бактерії, що викликають сибірку, пневмонію, менінгіт, холеру, сальмонельоз, ангіну та інші хвороби, які ще й залишаються поряд з нами, завжди становлять небезпеку для нас.
Особливо це правильно для золотистого стафілокока, бактерії, відповідальної за стафілококові інфекції. Ця «надбактерія» призводить до появи численних проблем у клініках, оскільки пацієнти часто підхоплюють цю інфекцію при впровадженні медичних імплантатів і катетерів.
Ми вже говорили про природний відбір і те, що деякі бактерії виробляють різноманітні гени, які допомагають їм впоратися з умовами навколишнього середовища. Якщо у вас є інфекція, і деякі з бактерій у вашому тілі відрізняються від інших, антибіотики можуть вразити більшу частину популяції бактерій. Але ті бактерії, які виживуть, вироблять стійкість до ліків і залишаться, чекаючи на наступний шанс. Тому лікарі рекомендують завершувати курс антибіотиків до кінця, та й взагалі звертатися до них якнайрідше, тільки в крайньому випадку.
Біологічна зброя – ще один лякаючий аспект цієї розмови. Бактерій можна використовувати як зброю в деяких випадках, зокрема, сибірку так і використовували в один час. Крім того, не лише люди страждають від бактерій. Окремий вид – Halomonas titanicae – виявив апетит до затонулого океанського лайнера «Титанік», роз'їдаючи метал історичного корабля.
Звичайно, бактерії можуть завдавати не тільки шкоди.
Героїчні бактерії
Давайте вивчимо гарний бік бактерій. Врешті-решт ці мікроби подарували нам такі смачні продукти, як сир, пиво, закваску та інші ферментовані елементи. Вони також покращують здоров'я людей та використовуються в медицині.
Окремим бактеріям можна подякувати за формування людської еволюції. Наука збирає все більше даних про мікрофлору - мікроорганізми, які живуть у наших тілах, особливо в травній системі та кишечнику. Дослідження показують, що бактерії, нові генетичні матеріали та різноманітність, яку вони приносять у наші тіла, дозволяють людям адаптуватися до нових джерел їжі, які раніше не використовувалися.
Подивимося на це з іншого боку: вистилаючи поверхню вашого шлунка та кишечника, бактерії «працюють» на вас. Коли ви їсте, бактерії та інші мікроби допомагають вам розбивати та видобувати поживні речовини з їжі, особливо вуглеводи. Чим різноманітнішими є бактерії, яких ми споживаємо, тим більше різноманітності отримують наші тіла.
Хоча наші знання про наші мікроби дуже мізерні, є підстави вважати, що відсутність деяких мікробів і бактерій в організмі може бути пов'язана зі здоров'ям, метаболізмом і сприйнятливості до алергенів людини. Попередні дослідження на мишах показали, що метаболічні захворювання на кшталт ожиріння пов'язані з різноманітністю та здоровою мікрофлорою, а не нашою переважною точкою зору «калорії приходять, калорії йдуть».
Наразі активно досліджуються можливості впровадження певних мікробів та бактерій в організм людини, які можуть дати певні переваги, проте на момент написання статті загальні рекомендації щодо їх використання поки що не були встановлені.
Крім того, бактерії відіграли важливу роль у розвитку наукової думки та людської медицини. Бактерії відіграли провідну роль розвитку постулатів Коха 1884 року, які сприяли загальному розумінню те, що хвороби викликаються певним видом мікробів.
Дослідники, які вивчали бактерії, випадково відкрили пеніцилін – антибіотик, який врятував безліч життів. Також нещодавно у зв'язку з цим було відкрито легкий спосіб редагувати геном організмів, який може здійснити революцію в медицині.
По суті, ми тільки починаємо розуміти, як користуватися з нашого співжиття з цими маленькими друзями. До того ж, незрозуміло, хто справжній господар Землі: люди чи мікроби.
